(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質を燃焼させる燃焼炉に供給する燃料と空気を制御する燃焼制御装置であって、
前記燃焼炉内に燃料及び空気を供給する燃料供給手段と、
燃焼空気の流れ方向において、前記燃料供給手段よりも下流側に配置され、前記燃焼炉内に空気を供給する空気供給手段と、
燃焼空気の流れ方向において、前記燃料供給手段よりも下流側の測定位置の燃焼空気に測定光を通過させることで、前記燃焼空気の硫化水素濃度を計測する濃度計測手段と、
前記濃度計測手段の計測結果に基づいて、前記燃料供給手段から供給する空気量を制御する制御手段と、を有し、
前記測定光は、前記硫化水素が吸収する波長域のレーザ光であり、
前記濃度計測手段は、レーザ光を発光する発光素子と、前記発光素子で発光され、前記燃焼空気を通過したレーザ光を受光する受光素子と、前記発光素子で発光させた光と、前記受光素子で受光した光に基づいて、硫化水素の濃度を算出する算出手段とを有し、可変波長ダイオードレーザ吸収分光法を用いて、硫化水素の濃度を計測することを特徴とする燃焼制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記測定位置における硫化水素濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記燃料供給手段から供給する空気の量を増加させ、前記測定位置における硫化水素濃度が設定された下限値よりも低い場合は前記燃料供給手段から供給する空気の量を低減させることを特徴とする請求項１に記載の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記濃度計測手段は、前記燃焼炉内の前記測定位置の空気を案内する案内管を有し、前記発光素子は、前記案内管を流れる燃焼空気に向けてレーザ光を照射し、前記受光素子は、前記案内管内の燃焼空気を通過したレーザ光を受光することを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼制御装置。
【請求項４】
さらに、前記測定位置の燃焼空気に測定光を通過させることで、前記燃焼空気の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段を有し、
前記制御手段は、前記酸素濃度計測手段の計測結果にも基づいて、前記燃料供給手段から供給する空気量と、前記空気供給手段から供給する空気量とを制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃焼制御装置。
【請求項５】
前記濃度計測手段は、濃度を計測する機構を複数有し、燃焼空気の流れ方向における位置が異なる複数の測定位置における硫化水素濃度を計測し、
前記制御手段は、燃焼空気の流れ方向において前記燃料供給手段から離れるにしたがって、前記燃焼炉内の空気の硫化水素濃度が徐々に低くなるように、前記燃料供給手段から供給する空気量と、前記空気供給手段から供給する空気量とを制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の燃焼制御装置。
【請求項６】
前記空気供給手段は、前記燃焼炉に空気を供給する機構を複数有し、
前記制御手段は、燃焼空気の流れ方向において前記燃料供給手段から離れるにしたがって、前記燃焼炉内の空気の酸素濃度が徐々に高くなるように、前記空気供給手段から供給する空気の量を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の燃焼制御装置。
【請求項７】
前記測定位置は、燃焼空気の流れ方向において前記燃料供給手段よりも下流側で、前記焼却炉内に配置された再熱器よりも上流側であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の燃焼制御装置。
【請求項８】
さらに、前記測定位置の燃焼空気に測定光を通過させることで、前記燃焼空気の窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計測手段を有し、
前記制御手段は、前記窒素酸化物濃度計測手段の計測結果にも基づいて、前記燃料供給手段から供給する空気量と、前記空気供給手段から供給する空気量とを制御することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の燃焼制御装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記窒素酸化物濃度計測手段の計測結果が、設定された上限値よりも高い場合は、前記硫化水素濃度にかかわらず、前記燃料供給手段から供給する空気量を増加させることを特徴とする請求項８に記載の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ等の燃焼機器に供給する燃料及び空気の量を調整し燃焼状態を制御する燃焼制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼炉内で物質を燃焼させる燃焼機器としては、燃料を燃焼させるボイラや、ごみを燃焼させるごみ焼却炉等、種々の燃焼装置がある。例えば、特許文献１には、微粉炭を空気とともに燃焼炉内に供給し、燃焼炉内で微粉炭を燃焼させ、燃焼により発生した熱でボイラーチューブを加熱し、ボイラーチューブ内に蒸気を発生させる石炭焚きボイラが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６３５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、燃焼炉内で燃焼を行う燃焼機器では、燃焼時に窒素酸化物が発生する。この燃焼時に窒素酸化物の発生を抑制する方法としては、燃焼炉内の雰囲気を還元状態、つまり酸素が少なく状態とする方法がある。このように還元状態とすることで、酸化物である窒素酸化物の発生を抑制することができる。
【０００５】
しかしながら、このように焼却炉内を還元状態とした時に強い還元状態となってしまうと、燃料、ゴミ等の燃焼物中に含まれる硫黄成分が硫化水素に還元されてしまうということがある。焼却路内で硫化水素が生成されてしまうと、硫化水素が焼却炉内にある部材、例えば、焼却炉の熱を吸収するボイラーチューブ等を腐食させてしまう。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃焼炉内部の各部の腐食を抑制しつつ、窒素酸化物の発生も抑制することができる燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、物質を燃焼させる燃焼炉に供給する燃料と空気を制御する燃焼制御装置であって、前記燃焼炉内に燃料及び空気を供給する燃料供給手段と、燃焼空気の流れ方向において、前記燃料供給手段よりも下流側に配置され、前記燃焼炉内に空気を供給する空気供給手段と、燃焼空気の流れ方向において、前記燃料供給手段よりも下流側の測定位置の燃焼空気に測定光を通過させることで、前記燃焼空気の硫化水素濃度を計測する濃度計測手段と、前記濃度計測手段の計測結果に基づいて、前記燃料供給手段から供給する空気量を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
燃焼炉内の燃焼空気の硫化水素濃度を計測し、その計測結果に基づいて、空気の供給量を調整することで、硫化水素の発生を抑制することができる。
【０００９】
ここで、前記制御手段は、前記測定位置における硫化水素濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記燃料供給手段から供給する空気の量を増加させ、前記測定位置における硫化水素濃度が設定された下限値よりも低い場合は前記燃料供給手段から供給する空気の量を低減させることが好ましい。
【００１０】
このように制御することで、硫化水素の発生量を所定の濃度以下に維持することができ、還元状態も強い還元状態を維持することができる。
【００１１】
また、前記測定光は、前記硫化水素が吸収する波長域のレーザ光であり、前記濃度計測手段は、レーザ光を発光する発光素子と、前記発光素子で発光され、前記燃焼空気を通過したレーザ光を受光する受光素子と、前記発光素子で発光させた光と、前記受光素子で受光した光に基づいて、硫化水素の濃度を算出する算出手段とを有することが好ましい。
【００１２】
上記計測方法を用いることで、短時間で正確に濃度を計測することができ、より正確に還元状態と硫化水素の発生量を制御することができる。
【００１３】
また、前記濃度計測手段は、前記燃焼炉内の前記測定位置の空気を案内する案内管を有し、前記発光素子は、前記案内管を流れる燃焼空気に向けてレーザ光を照射し、前記受光素子は、前記案内管内の燃焼空気を通過したレーザ光を受光することが好ましい。
【００１４】
案内管を設けることで、所望の位置の燃焼空気の濃度を計測することができる。また、燃焼炉の径が大きい場合でも中心位置等の濃度を計測することができる。また、計測手段が熱の影響を受けることを抑制することができる。
【００１５】
さらに、前記測定位置の燃焼空気に測定光を通過させることで、前記燃焼空気の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段を有し、前記制御手段は、前記酸素濃度計測手段の計測結果にも基づいて、前記燃料供給手段から供給する空気量と、前記空気供給手段から供給する空気量とを制御することが好ましい。
【００１６】
酸素濃度も加味して制御を行うことで、還元状態をより適切に制御することができる。
【００１７】
また、前記濃度計測手段は、濃度を計測する機構を複数有し、燃焼空気の流れ方向における位置が異なる複数の測定位置における硫化水素濃度を計測し、前記制御手段は、燃焼空気の流れ方向において前記燃料供給手段から離れるにしたがって、前記燃焼炉内の空気の硫化水素濃度が徐々に低くなるように、前記燃料供給手段から供給する空気量と、前記空気供給手段から供給する空気量とを制御することが好ましい。
【００１８】
複数個所の濃度を計測することで、より上記制御をより適切にかつ精細に行うことができる。
【００１９】
また、前記空気供給手段は、前記燃焼炉に空気を供給する機構を複数有し、前記制御手段は、燃焼空気の流れ方向において前記燃料供給手段から離れるにしたがって、前記燃焼炉内の空気の酸素濃度が徐々に高くなるように、前記空気供給手段から供給する空気の量を制御することが好ましい。
【００２０】
また、空気を供給する手段を燃焼空気の流れ方向において複数個所に設けることで、書く位置の燃焼空気に適切な量の空気を供給することができる。また、酸素濃度を徐々に高くするようにすることで、還元状態を徐々に弱くすることができ、窒素酸化物の発生を抑制しつつ、燃焼を好適に行うことができる。
【００２１】
また、前記測定位置は、燃焼空気の流れ方向において前記燃料供給手段よりも下流側で、前記焼却炉内に配置された再熱器よりも上流側であることが好ましい。
【００２２】
再熱器よりも上流側を測定位置とすることで、再熱器に到達する硫化水素の量を一定以下とすることができる。これにより、再熱器が腐食することをより確実に抑制することができる。
【００２３】
さらに、前記測定位置の燃焼空気に測定光を通過させることで、前記燃焼空気の窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計測手段を有し、前記制御手段は、前記窒素酸化物濃度計測手段の計測結果にも基づいて、前記燃料供給手段から供給する空気量と、前記空気供給手段から供給する空気量とを制御することが好ましい。
【００２４】
測定位置の窒素酸化物濃度に応じて制御を行うことで、窒素酸化物の発生をより確実に抑制しつつ、硫化水素の発生も抑制することができる。
【００２５】
前記制御手段は、前記窒素酸化物濃度計測手段の計測結果が、設定された上限値よりも高い場合は、前記硫化水素濃度にかかわらず、前記燃料供給手段から供給する空気量を増加させることが好ましい。
【００２６】
窒素酸化物濃度に基づく制御を優先させることで、窒素酸化物をより発生させにくくすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明にかかる燃焼制御装置は、燃料空気内の硫化水素濃度に応じて、供給する空気の量を調整することで、窒素酸化物の発生を抑制しつつ、硫化水素の発生も抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の燃焼制御装置を有するボイラの一実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２−１】図２−１は、図１に示す燃焼炉のＡ−Ａ線断面図である。
【図２−２】図２−２は、図１に示す燃焼炉のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図３は、図１に示す焼却炉の各領域を説明するための説明図である。
【図４】図４は、図１に示す計測ユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、制御手段による空気供給量の制御方法の一例を示すフロー図である。
【図６−１】図６−１は、バーナの配置の他の一例を示す断面図である。
【図６−２】図６−２は、バーナの配置の他の一例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の燃焼制御装置を有するボイラの他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明の燃焼制御装置を有するボイラの他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、濃度計測手段の配置の他の一例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の燃焼制御装置を有するボイラの他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、制御手段による空気供給量の制御方法の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明にかかる燃焼制御装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、下記実施形態では、燃焼制御装置を燃焼炉で微粉炭を燃焼させて生成する熱エネルギを動力（または電力）として取得するボイラに取り付けた場合として説明するが、燃焼制御装置を取り付ける燃焼機器は、これに限定されず、熱分解炉、溶融炉、ボイラ、外燃機関等種々の燃焼機器に用いることができる。なお、本発明の燃焼機器には、内燃機関を含まない。また、下記実施形態では、燃料として微粉炭を用いるが硫黄成分を備える燃料であれば種々の燃料を用いることができる。
【００３０】
図１は、本発明の燃焼制御装置を有するボイラの一実施形態の概略構成を示すブロック図である。図１に示すようにボイラ１０は、基本的に、燃料を燃焼させる燃焼炉１２と、燃焼炉１２で生成された燃焼空気を案内する煙道１４と、燃焼空気から熱エネルギを取得する再熱器ユニット１６と、燃焼炉１２内に燃料及び空気を供給し、燃焼炉１２内での燃焼を制御する燃焼制御装置１８とを有する。
【００３１】
燃焼炉１２は、燃料を燃焼させる火炉であり、耐熱性の部材で形成された箱状の部材である。また、燃焼炉１２は、箱形状の一面（基本的には鉛直方向上側の面）が解放され、煙道１４と接続されている。なお、本実施形態では、燃焼炉１２を角筒形状としたが、円筒形状としてもよい。また、燃焼炉１２には、箱形状の外部から内部に向けて、燃焼制御装置１８の各種配管が挿入されている。燃焼炉１２は、箱形状の内部で燃焼制御装置１８から供給された燃料が燃焼される。
【００３２】
煙道１４は、燃焼炉１２の一面と連結された管状の部材であり、燃焼炉１２の内部で燃料を燃焼させることで生成された燃焼空気、所定温度に加熱された空気を案内する配管である。
【００３３】
再熱器ユニット１６は、複数の再熱器で構成され、燃焼空気の移動経路、具体的には、燃焼炉１２の一部及び煙道１４の内部に配置されている。再熱器は管状の部材であり、内部に液体または気体が封入されており、燃焼空気の熱を内部の液体または気体が吸収することで、燃焼空気の熱エネルギを取得する。
【００３４】
燃焼制御装置１８は、燃焼炉１２内に燃料及び空気を供給し、燃焼炉１２内で燃料を燃焼させる。燃焼制御装置１８については、後ほど詳細に説明する。
【００３５】
ボイラ１０は、以上のような構成であり、燃焼炉１２内で燃料を燃焼させて、加熱された燃焼空気を生成する。燃焼空気は、燃焼炉１２から煙道１４を移動し、その際に、再熱器ユニット１６を加熱する。再熱器ユニット１６は、過熱されることで内部にある液体が気化などすることで、膨張した蒸気となる。この蒸気が再加熱ユニットから所定の経路を通り、タービンに到達し、タービンを回転させることで、熱エネルギを電気エネルギまたは機械的エネルギとして取り出すことができる。このように用いることで、ボイラ１０は、発電機、駆動機として用いることができる。また、再熱器ユニット１６で取得した熱エネルギにより、任意の物質を加熱することで、ボイラを加熱機として用いることができる。また、ボイラの構成は、本実施形態に限定されず、例えば、燃焼空気を浄化する各種装置を設けるようにしてもよい。
【００３６】
次に、燃焼制御装置１８について説明する。ここで、図２−１は、図１に示す燃焼炉のＡ−Ａ線断面図であり、図２−２は、図１に示す燃焼炉のＢ−Ｂ線断面図である。また、図３は、図１に示す焼却炉の各領域を説明するための説明図である。図１に示すように、燃焼制御装置１８は、燃料供給手段２０と、空気供給手段２２と、濃度計測手段２４と、窒素酸化物濃度計測手段２６と、制御手段２８とを有する。
【００３７】
燃料供給手段２０は、微粉炭バーナ（以下「バーナ」という。）３０、配管３２と、微粉炭供給部３４と、送風機３６と、流量調整弁３８とを有する。バーナ３０は、噴射口が燃焼炉１２の内部に露出するように燃焼炉１２に配置された燃焼機であり、配管３２を介して供給される微粉炭と空気を噴射口から噴射し、燃焼炉１２内で微粉炭を燃焼させる。なお、バーナ３０は、図２−１に示すように、燃焼炉１２に複数個所、本実施形態では四角形の壁面の各面に１つずつの計４個が配置されている。また、燃料供給手段２０は、図２−１に示すように各バーナ３０から噴射される空気により燃焼炉１２内に渦状の空気の流れができるように、バーナ３０を配置している。具体的には、バーナ３０は、鉛直方向、上方から下方の向けて見た場合に燃焼炉１２の断面の中心を回転軸として、反時計周りに空気が流れるようにバーナ３０を配置している。
【００３８】
配管３２は、複数の分岐を有する管状部材であり、複数のバーナ３０と、微粉炭供給部３４と、送風機３６と、流量調整弁３８と接続されている。配管３２は、微粉炭供給部３４から供給される微粉炭と、送風機３６から供給される空気と、流量調整弁３８を介して供給される空気とを各バーナ３０に供給する。
【００３９】
微粉炭供給部３４は、燃料となる微粉炭を配管３２に供給する機構である。なお、微粉炭供給部３４は、石炭を粉砕して微粉炭を生成し、生成した微粉炭を配管３２に供給する機構であっても、予め生成された微粉炭を貯留しておき、貯留した微粉炭を配管３２に供給する機構であってもよい。送風機３６は、微粉炭供給部３４から配管３２に供給された微粉炭を配管の所定位置まで搬送する風を発生させる装置であり、空気の流れ方向において、微粉炭供給部３４よりも上流側となる位置で配管３２と接続されている。送風機３６は、配管３２に空気を送ることで、配管３２内の微粉炭を空気搬送する。
【００４０】
流量調整弁３８は、空気の流量を調整できる弁であり、配管３２と後述する空気供給手段２２の主配管４５との接続部に配置されている。流量調整弁３８は、制御手段２８の指示に基づいて、主配管４５から配管３２に供給される空気の量を調整する。
【００４１】
燃料供給手段２０は、微粉炭供給部３４から供給される微粉炭を送風機３６により搬送して、バーナ３０に送り、かつ、流量調整弁３８で流量を調整しつつ、バーナ３０に空気を送ることで、バーナ３０から燃焼炉１２内に微粉炭と空気を噴射し、噴射した微粉炭を燃焼させ、燃焼空気（燃焼ガス）を生成する。なお、生成された燃焼空気は、燃焼炉内の所定の経路を通り、煙道に移動する。
【００４２】
空気供給手段２２は、第１空気供給ユニット４０と、第２空気供給ユニット４２と、空気を送る送風機４４と、第１空気供給ユニット４０、第２空気供給ユニット４２、送風機４４を連結させる主配管４５とを有する。
【００４３】
第１空気供給ユニット４０は、吹出口５０が燃焼炉１２に露出するように配置された第１配管４６と、空気の量を調整できる流量調整弁４８とを有する。第１配管４６は、流量調整弁４８を介して主配管４５と連結されており、主配管４５から供給される空気を複数の吹出口５０から吹出させる。ここで、吹出口５０は、燃焼空気の移動経路において、燃料供給手段２０よりも下流側となる位置の燃焼炉１２内に空気を吹き出すように配置されている。また、吹出口５０は、図２−２に示すように燃焼炉１２の外周に所定の間隔で複数配置されている。流量調整弁４８は、主配管４５と第１配管４６との接続部に配置されており、主配管４５から第１配管４６に供給される空気の量を調整する。
【００４４】
第２空気供給ユニット４２は、吹出口５６が燃焼炉１２に露出するように配置された第２配管５２と、空気の量を調整できる流量調整弁５４とを有する。第２配管５２は、流量調整弁５４を介して主配管４５と連結されており、主配管４５から供給される空気を複数の吹出口５６から吹出させる。ここで、吹出口５６は、燃焼空気の移動経路において、吹出口５０よりも下流側となる位置の燃焼炉１２内に空気を吹き出すように配置されている。また、吹出口５６の配置位置は、燃焼空気の移動経路における位置が異なるのみで他の構成は吹出口５０と基本的に同一である。流量調整弁５４は、主配管４５と第２配管５２との接続部に配置されており、主配管４５から第２配管５２に供給される空気の量を調整する。
【００４５】
送風機４４は、空気を送るブロワ、ファン等であり、主配管４５に空気を送る。なお、送風機４４から主配管４５に送る空気の量、流速等は、制御手段２８の制御に基づいて調整すればよい。主配管４５は、送風機４４と、第１配管４６と、第２配管５２と、配管３２とを接続する配管である。また、主配管４５と第１配管４６との接続部、主配管４５と第２配管５２との接続部、主配管４５と配管３２との接続部には、それぞれ流量調整弁３８、４８、５４が配置されている。
【００４６】
空気供給手段２２は、送風機４４から供給される空気を主配管４５、流量調整弁４８を介して第１配管４６の吹出口５０から吹出させ、さらに、主配管４５、流量調整弁５４を介して第２配管５２の吹出口５６から吹出させることで、燃焼空気の流れ方向において、燃料が供給される位置よりも下流側に空気を供給する。また、空気供給手段２２は、制御手段２８の制御に基づいて、流量調整弁４８、５４を制御することで、吹出口５０、５６から燃焼炉１２内に供給される空気の量を調整する。なお、本発明では主配管４５から流量調整弁３８を介してバーナ３０に供給する空気を一次空気とし、主配管４５から流量調整弁４８及び流量調整弁５４を介して、吹出口５０及び吹出口５６に供給される空気を二次空気とする。
【００４７】
空気供給手段２２から燃焼炉１２内に空気を供給することで、燃料の燃焼を促進させる。これにより、燃焼炉１２内では、図３に示すように、燃焼空気の流れ方向において、上流側から下流側に向けて、バーナ燃焼域、未燃燃料存在還元域、燃焼完結域の領域が形成される。ここで、バーナ燃焼域は、バーナ３０が微粉炭及び空気を噴射し、微粉炭を燃焼させている領域であり、燃焼空気の流れ方向において、最上流（燃焼が開始される位置）から吹出口５０が配置されている位置よりも上流までの領域である。未燃燃料存在還元域は、吹出口５０及び吹出口５６から空気が供給され、未反応の燃料と吹出口５０及び吹出口５６から供給された空気とが反応する領域であり、燃焼空気の流れ方向において、吹出口５０が配置されている位置から吹出口５６が配置されている位置までの領域、つまり、二次空気が供給される領域である。また、燃焼完結域は、残っている燃料と空気とが反応する領域であり、燃焼空気の流れ方向において、吹出口５６が配置されている位置よりも下流側から、燃焼炉１２と煙道１４との接続部までの領域である。
【００４８】
濃度計測手段２４は、案内管６０と、吸引ポンプ６２と、Ｈ２Ｓ計測ユニット６４とを有し、燃焼炉１２内の測定位置における燃焼空気のＨ２Ｓ（硫化水素）の濃度を計測する。濃度計測手段２４は、計測した燃焼空気の硫化水素の濃度の情報を制御手段２８に送る。
【００４９】
案内管６０は、燃焼炉１２内に挿入された管状部材であり、燃焼炉１２内に配置された端部が測定位置で開口している。また、本実施形態では、案内管６０は、燃焼空気の移動方向（流れ方向）において、バーナ３０よりも下流側で吹出口５０よりも上流側の位置に配置されている。つまり、案内管６０の一方の端部は、バーナ燃焼域に配置されている。吸引ポンプ６２は、案内管６０内の空気を吸引するポンプである。吸引ポンプ６２により案内管６０内の空気を吸引することで、案内管６０の燃焼炉１２内に配置されている端部の周囲の空気を、案内管６０の内部に吸引することができる。つまり、測定位置の空気を案内管６０内に流す（案内する）ことができる。
【００５０】
次に、Ｈ２Ｓ計測ユニット６４について説明する。ここで、図４は、図１に示す計測ユニットの概略構成を示すブロック図である。Ｈ２Ｓ計測ユニット６４は、案内管６０に配置されており、案内管６０を流れる燃焼空気中の硫化水素の濃度を計測する。Ｈ２Ｓ計測ユニット６４は、図４に示すように、計測手段本体６６と、発光部６８と、計測セル７０と、受光部７２と、を有する。
【００５１】
計測手段本体６６は、発光部６８により発光させるレーザ光の制御機能と、受光部７２で受光したレーザ光の信号から硫化水素の濃度を算出する演算機能とを有する。発光部６８は、硫化水素が吸収する波長域のレーザ光（具体的には、近赤外域のレーザ光）を発光させる発光機構である。発光部６８は、レーザ光を案内管６０に配置された計測セル７０に入射させる。
【００５２】
計測セル７０は、案内管６０の一部に配置されており、発光部６８から射出された光を計測セル７０の内部に入射させる入射部と、計測セル７０の所定経路を通過したレーザ光を出力する出力部と、を有する。つまり、計測セル７０は、案内管６０の一部の円筒部分の代わりに配置された円筒構造を有し、円筒構造の一部に入射部と出力部とが形成されている。なお、計測セル７０は、案内管６０に入射部と出力部のみを設けた構成としてもよい。つまり、案内管６０の内部にレーザ光を入射させる入射部（レーザ光を透過する入射窓）と、案内管６０内の所定経路を通過したレーザ光を出力させる出力部（レーザ光を透過する出力窓）とを設けたのみの構成としてもよい。
【００５３】
なお、計測セルとしては、入射部と出力部とを有し、案内管６０の内部を相通する管状部材を設けてもよい。この場合、計測セル７０は、入射部側の一部と出力部側の一部とが、それぞれ案内管６０と接続されている。このように、計測セル７０は、燃焼空気の案内管の一部となるように、案内管６０に割り込んで配置されている。つまり、案内管６０の一部が計測セル７０となっている。なお、計測セル７０を、案内管６０を相通する管状部材とする場合は、燃焼空気が管状部材の内部に流れるように複数の開口、穴を設ける必要がある。また、入射部から出力部に向けて延びているスリットを設けるようにしてもよい。なお、計測セル７０の管形状は、レーザ光が通過できればよく、断面が円となる管としても、断面が多角形になる管としても、断面が楕円形となる管としてもよい。また、管の内周の断面と外周の断面が異なる形状となってもよい。また、図４に示す例では、案内管６０の燃焼空気の流れ方向に対して、直交するように計測セル７０を設けたが、案内管６０に対して所定角度傾斜させて（つまり斜めに）計測セル７０を設けてもよい。
【００５４】
受光部７２は、計測セル７０の内部を通過し、出力部から出力されたレーザ光を受光し、受光したレーザ光の強度を受光信号として計測手段本体６６に出力する。
【００５５】
Ｈ２Ｓ計測ユニット６４は、以上のような構成であり、発光部６８から出力されたレーザ光は、計測セル７０内の所定経路を通過した後、出力部から出力される。このとき、計測セル７０内の燃焼空気中に硫化水素が含まれていると、計測セル７０を通過するレーザ光が吸収される。そのため、レーザ光は、燃焼空気中の硫化水素濃度によって、出力部に到達するレーザ光の出力が変化する。受光部７２は、出力部から出力されるレーザ光を受光信号に変換し、計測手段本体６６に出力する。計測手段本体６６は、発光部６８から出力させたレーザ光の強度と、受光部７２から送られる受光信号に基づいて算出される強度とを比較し、その減少割合から計測セル７０内を流れる燃焼空気の硫化水素濃度を算出する。このように、Ｈ２Ｓ計測ユニット６４は、ＴＤＬＡＳ方式（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy：可変波長ダイオードレーザー吸収分光法）を用い、出力したレーザ光の強度と、受光部７２で検出した受光信号とに基づいて計測セル７０内の燃焼空気、つまり、燃焼炉１２内の測定位置の燃焼空気中の硫化水素濃度を算出及び／または計測する。また、本実施形態のＨ２Ｓ計測ユニット６４は、連続的に硫化水素濃度を算出及び／または計測することができる。
【００５６】
なお、計測セル７０は、入射部と出力部のみを、光を透過する材料で形成しても、計測セル７０全体（つまり、案内管６０のうち計測セル７０となっている管部分の全周）を、光を透過する材料で形成してもよい。また、計測セル７０内に少なくとも２枚の光学ミラーを設け、入射部から入射されたレーザ光を光学ミラーで多重反射させた後、出力部から出力させるようにしてもよい。このようにレーザ光を多重反射させることで、計測セル７０内のより多くの領域を通過させることができる。これにより、計測セル７０内を流れる燃焼空気の濃度の分布（燃焼空気の流量や密度のばらつき、燃焼空気内の濃度分布のばらつき）の影響を小さくすることができ、正確に濃度を検出することができる。
【００５７】
次に、窒素酸化物濃度計測手段２６は、案内管８０と、前処理部８２と、吸引ポンプ８４と、ＮＯＸ計測ユニット８６とを有し、煙道１４内の測定位置における燃焼空気のＮＯＸ（窒素酸化物）の濃度を計測する。窒素酸化物濃度計測手段２６は、計測した燃焼空気の窒素酸化物の濃度の情報を制御手段２８に送る。
【００５８】
案内管８０は、煙道１４内に挿入された管状部材であり、煙道１４内に配置された端部が測定位置で開口している。前処理部８２は、案内管８０を流れる燃焼空気に含まれる粉塵等を除去するフィルタであり、燃焼空気内の粉塵等を捕集し燃焼空気中から除去する。また、吸引ポンプ８４は、案内管８０内の空気を吸引するポンプである。吸引ポンプ８４により案内管８０内の空気を吸引することで、煙道１４の測定位置の空気を、案内管６０の内部に吸引する。ＮＯＸ計測ユニット８６は、燃焼空気の流れ方向において前処理部８２よりも下流側の案内管８０に配置されており、案内管８０を流れる燃焼ガスのＮＯＸ濃度を計測する。なお、ＮＯＸ計測ユニット８６は、上述したＨ２Ｓ計測ユニット６４と同様の構成であり、同様の検出方法で燃焼空気中のＮＯＸ濃度を計測する。なお、各部の構成についての詳細な説明は省略する。ここで、ＮＯＸ濃度として、複数種類の窒素酸化物の濃度を計測する場合は、測定する窒素酸化物毎に発光部、受光部を設ける必要がある。また、レーザ光としては、測定する物質毎に異なる波長のレーザ光を用いる必要がある。
【００５９】
制御手段２８は、濃度計測手段２４のＨ２Ｓ計測ユニット６４から送られる燃焼空気のＨ２Ｓ濃度の計測結果及び窒素酸化物濃度計測手段２６のＮＯＸ計測ユニット８６から送られる燃焼空気のＮＯＸ濃度の検出結果に基づいて、燃料供給手段２０から燃焼炉１２内に供給する空気（一次空気）の量、及び、空気供給手段２２からから燃焼炉１２内に供給する空気（二次空気）の量を調整する。なお、制御手段２８は、窒素酸化物濃度計測手段２６のＮＯＸ計測ユニット８６から送られる燃焼空気のＮＯＸ濃度の検出結果は、記録等を行うのみとし、ＮＯＸ濃度に基づいて制御条件を変更しないようにしてもよい。
【００６０】
制御手段２８は、燃焼時に燃料（微粉炭）に対して空気の量を少なくし、還元状態が強い状態で燃焼を行うことで、燃焼による窒素酸化物の発生を抑制する。具体的には、制御手段２８は、窒素酸化物濃度計測手段２６で検出される煙道１４を流れる燃焼空気に含まれる窒素酸化物濃度に基づいて、燃焼炉１２に供給する空気量を調整する。また、窒素酸化物は、燃焼が高温で燃焼されている雰囲気中で発生しやすいため、制御手段２８は、一次空気の量を少なくするように制御する。具体的には、バーナ燃焼域では、空気（酸素）の少ない状態で燃焼を行い、未燃燃料存在還元域、燃焼完結域に向かうに従って空気の量が多くなるように、一次空気、二次空気の量を調整する。これにより、温度が高く窒素酸化物が発生しやすいバーナ燃焼域は、還元状態が強い状態で燃焼を行い、また、温度が低い領域になるにしたがって還元状態を弱くしつつ燃焼（燃焼反応）を行う。これにより、窒素酸化物の発生を抑制しつつ、燃焼炉１２から排出される燃焼空気を、空気が十分に供給され燃焼が完了した状態とすることができる。
【００６１】
また、還元状態が強い状態で燃焼を行うと硫化水素が発生することがあるが、制御手段２８は、濃度計測手段２４により検出した硫化水素濃度に基づいて、流量調整弁３８、４８、５４を調整し、一次空気の量と二次空気の量、つまり、一次空気と二次空気の割合を例えばＰＩＤ制御等を用いて制御する。具体的には、制御手段２８は、硫化水素濃度が所定値よりも低い場合は、一次空気の量を少なくする。また、制御手段２８は、硫化水素濃度が所定値よりも高い場合は、一次空気の量を多くする。
【００６２】
以下、図５を用いて制御の一例について説明する。図５は、制御手段２８による空気供給量の制御方法の一例を示すフロー図である。まず、濃度計測手段２４で計測された硫化水素濃度が制御手段２８に入力されたら、制御手段２８は、ステップＳ１２として、計測された硫化水素濃度が上限の目標値よりも大きいかを判定する。制御手段２８は、ステップＳ１２で計測された硫化水素濃度が上限の目標値よりも大きい（Ｙｅｓ）と判定したら、ステップＳ１４に進み、現状設定されている一次空気量（一次空気の供給量）を一定量増加させる。つまり、バーナ３０から噴射される空気の量を一定量多くする。その後、制御手段２８は、ステップＳ２０に進む。
【００６３】
また、ステップＳ１２で、制御手段２８が計測された硫化水素濃度が上限の目標値以下である（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ１６に進み、計測された硫化水素濃度が下限の目標値よりも小さいかを判定する。制御手段２８は、ステップＳ１６で、計測された硫化水素濃度が下限の目標値よりも小さい（Ｙｅｓ）と判定したら、ステップＳ１８に進み、現状設定されている一次空気量（一次空気の供給量）を一定量低減させる、または、一次空気の量を維持する。つまり、バーナ３０から噴射される一次空気の量を一定量少なくする、また、そのままの量で維持する。その後、制御手段２８は、ステップＳ２０に進む。また、制御手段２８は、ステップＳ１６で、計測された硫化水素濃度が目標値以上である（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ２０に進む。
【００６４】
制御手段２８は、ステップＳ２０で、ボイラが停止しているか（つまり、燃焼が停止しているか）を判定する。制御手段２８は、ステップＳ２０で、ボイラが停止していない（Ｎｏ）と判定したらステップＳ１２に進み、上述した処理を繰り返す。他方、制御手段２８は、ステップＳ２０で、ボイラが停止している（Ｙｅｓ）と判定したら処理を終了する。以上のようにして、制御手段２８は、燃焼炉１２に供給される空気の量を制御する。なお、空気の量は、流量調整弁３８、４８、５４を制御、例えば開度を調整することで変化させることができる。
【００６５】
ここで、上記実施形態では、一次空気の量を一定量増加、減少させたが、一定割合、例えば、５％増加、減少させるようにしてもよい。また、上記制御では、流量調整弁により一次空気量を一定量増加、減少させたが、流量調整弁の開度が全開である場合、つまり主配管４５から供給される空気を全て燃焼炉１２に供給している場合は、送風機４４から供給する空気の量の設定値（上限値、下限値）を変更すればよい。また、上記実施形態では、一次空気量のみを制御したが、一次空気量に応じて、二次空気量も制御するようにしてもよい。例えば、一次空気量の増加に合わせて二次空気量を減少させ、燃焼炉１２に供給する空気の量は一定とするようにしてもよい。なお、燃焼炉１２に供給する空気の量は、燃料供給手段２０から供給される微粉炭の量に応じて制御することが好ましい。
【００６６】
また、硫化水素濃度の上限の目標値と下限の目標値とは、異なる値としてもよい。つまり、ステップＳ１２で使用される上限の目標値とステップＳ１６で使用される下限の目標値を異なる目標値としてもよい。硫化水素濃度の上限の目標値と下限の目標値とを異なる値とすることで、一次空気の量を変化させない硫化水素濃度の範囲を一定の濃度範囲とすることができる。なお、硫化水素濃度の上限の目標値と下限の目標値とを同一の値としてもよい。また、目標値としては、例えば５０ｐｐｍに設定することができる。
【００６７】
また、制御手段２８は、測定位置における硫化水素濃度の上限の目標値及び／または下限の目標値を、焼却炉の運転条件によって変化させても、運転条件にかかわらず一定としてもよい。運転条件によって、上限の目標値及び／または下限の目標値を変化させた場合は、燃焼空気に含まれる硫化水素の量の増減に対応して一次空気量を制御することができ、硫化水素の発生をより適切に低減することができ、測定位置の硫化水素濃度を目標値に近い値に維持することができる。なお、上限の目標値及び／または下限の目標値を一定にして、上限の目標値及び／または下限の目標値と運転条件との関係から一次空気量を制御する場合も同様である。また、硫化水素濃度の上限の目標値及び／または下限の目標値を運転条件にかかわらず一定とした場合は、運転条件を検出する必要がなくなり、条件に応じて目標値を算出する必要が無くなるため、制御が簡単になる。また、条件によらず、硫化水素の濃度を設定値以下となるように制御することができる。
【００６８】
燃焼制御装置１８は、基本的に以上のような構成である。燃焼制御装置１８は、燃焼炉内の燃焼空気の硫化水素濃度を計測し、その計測結果に基づいて、一次空気量を調整することで、還元状態を強くした状態で燃焼を行う場合でも、硫化水素の発生を抑制することができる。このように、硫化水素の発生を抑制することで、燃焼炉１２内に配置されている各部、例えば再熱器を構成するボイラーチューブや、燃焼炉の壁面等が硫化水素により腐食することを抑制することができ、より長い期間、装置を稼動させることが可能となる。また、硫化水素の発生を抑制しつつ、還元状態を強くした状態で燃焼を行うため、窒素酸化物の発生も抑制することができる。
【００６９】
また、燃料（石炭、石油）に含まれる硫黄成分は、燃料によって変化するため、予め作成したマップに基づいて、一次空気量を制御しても、一次空気が過剰になったり、少なくなりすぎたりするが、燃焼空気の硫化水素濃度を計測することで、より適切に一次空気量を制御することができる。例えば、硫黄成分が少ない石炭（微粉炭）の場合は、硫化水素が発生しにくいため、より強い還元状態、つまり一次空気が少なくても硫化水素の発生量が少ないのに対して、硫黄成分が多い石炭（微粉炭）の場合は、硫化水素が発生しやすいため、同様の還元状態では、多くの硫化水素が発生する。そのため、予め設定されている条件マップに基づいた制御では、このような状態の変化により一次空気の量を変化させることが困難であり工程が増えたり、装置コストが上がったりするが、本実施形態では、計測を行うことで、燃料の特性の検出等を行うことなく、硫化水素の発生を抑制しつつ、適正な還元状態での燃焼が可能となる。また、実際に測定した計測結果に基づいて、一次空気量を算出できるため、演算も簡単にすることができる。
【００７０】
また、Ｈ２Ｓ計測ユニットとして、近赤外のレーザ光を用いＴＤＬＡＳ法で硫化水素の濃度を計測することで、短時間で正確にまた連続的に測定対象の硫化水素の濃度を計測することができる。硫化水素の濃度を正確に算出できることで、一次空気量の調整を正確に行うことができ、より好適に硫化水素を低減することができる。また、レーザ光として近赤外の波長域の光を用いることで、測定対象のガスをより正確に測定することができる。つまり、硫化水素の測定対象以外のガスを検出することを抑制でき、燃焼空気中の硫化水素の濃度を短時間で正確に測定することができる。なお、本実施形態では、測定対象のガスのみを正確に計測できるため近赤外のレーザ光を用いたが、近赤外波長域以外のレーザ光も用いることはできる。
【００７１】
さらに、短時間で連続的に計測できることで、燃焼条件の変化に対する応答性をより高くすることができ、燃焼空気内で発生する塩化水素をより確実に低減することができる。
【００７２】
ここで、濃度計測手段２４は、燃焼炉１２内の燃焼空気の移動経路のいずれの位置を測定位置としてもよく、いずれの位置の燃焼空気の硫化水素濃度を検出しても、その結果に基づいて制御し、硫化水素の発生を抑制することはできるが、未燃燃料存在還元域を測定位置とすることが好ましく、バーナ燃焼域を測定位置とすることがより好ましい。燃焼炉１２内でより硫化水素が発生しやすい領域である、未燃燃料存在還元域、バーナ燃料域の硫化水素濃度を計測することで、その領域における硫化水素濃度を所定値以下に維持するように制御することが可能となり、燃焼炉１２内で硫化水素が発生することを抑制することができ、硫化水素が存在する領域をより少なくすることができる。また、測定位置は、燃焼空気の移動方向において、バーナよりも下流側で再熱器よりも上流側に設けることが好ましい。このように再熱器よりも上流側に設け、測定位置の硫化水素濃度を一定値以下に保持することで、再熱器の腐食を抑制することができる。
【００７３】
ここで、上記実施形態では、４つのバーナ３０を、排出した空気が円を描くように配置したが、本発明はこれに限定されない。図６−１及び図６−２は、それぞれ、バーナの配置の他の一例を示す断面図である。例えば、図６−１に示すように、バーナ３０を燃焼炉１２の壁面に対して所定角度傾斜させて配置してもよい。また、図６−２に示すように、バーナ３０を燃焼炉１２の角に配置してもよい。また、バーナ３０の数は、４個に限定されずいくつでもよい。また、一平面上に全てのバーナ３０を配置する必要もなく、鉛直方向の異なる位置、つまり高さが異なる位置にバーナ３０を配置してもよい。
【００７４】
また、燃焼制御装置１８では、Ｈ２Ｓ計測ユニット６４のみを設け、燃焼空気の硫化水素濃度の測定結果から燃焼炉１２に供給する空気の量を制御したが、本発明はこれに限定されない。以下、図７と共に、本発明の燃焼制御装置の他の実施形態について説明する。
【００７５】
図７は、本発明の燃焼制御装置を有するボイラの他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図７に示すボイラ１００は、燃焼制御装置１０２の構成を除いて他の構成は、図１に示すボイラ１０と同様であるので、同様の構成要素の説明は省略し、以下、ボイラ１００に特有の点を重点的に説明する。図７に示すボイラ１００は、燃焼炉１２と、煙道１４と、再熱器ユニット１６と、燃焼制御装置１０２とを有する。燃焼炉１２と、煙道１４と、再熱器ユニット１６は、図１に示すボイラ１０の各部と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００７６】
燃焼制御装置１０２は、燃料供給手段２０と、空気供給手段２２と、濃度計測手段１０４と、窒素酸化物濃度計測手段２６と、制御手段２８とを有する。燃料供給手段２０と、空気供給手段２２と、窒素酸化物濃度計測手段２６と、制御手段２８は、図１に示す燃焼制御装置１８の各部と同様であるので、詳細な説明は省略する。また、濃度計測手段１０４は、案内管６０と、吸引ポンプ６２と、Ｈ２Ｓ計測ユニット６４と、酸素計測ユニット１０６とを有し、燃焼炉１２内の測定位置における燃焼空気のＨ２Ｓ（硫化水素）の濃度と、Ｏ２（酸素）の濃度を計測する。酸素計測ユニット１０６以外の各部は、図１に示す濃度計測手段２４と同様であるので、説明は省略する。
【００７７】
酸素計測ユニット１０６は、上述したＨ２Ｓ計測ユニット６４と同様の構成であり、同様の検出方法で案内管６０を流れる燃焼空気中の酸素濃度（Ｏ２濃度）を計測する。酸素計測ユニットは、計測した酸素濃度信号を制御手段２８に送る。
【００７８】
制御手段２８は、濃度計測手段１０４のＨ２Ｓ計測ユニット６４から送られる燃焼空気のＨ２Ｓ濃度の計測結果に加え、酸素計測ユニット１０６から送られる燃焼空気の酸素濃度の測定結果に基づいて、燃料供給手段２０から燃焼炉１２内に供給する空気（一次空気）の量、及び、空気供給手段２２からから燃焼炉１２内に供給する空気（二次空気）の量を調整する。なお、ＮＯＸ計測ユニット８６から送られる燃焼空気のＮＯＸ濃度の検出結果は、上述と同様に加味して制御しても、加味しないで制御してもよい。
【００７９】
具体的には、制御手段２８は、図５に示すように、硫化水素濃度に基づいて制御を行い、さらに、酸素濃度が目標値（例えば、酸素濃度２．８％）以上、または目標範囲となるように二次空気の供給量を調整する。つまり、酸素濃度が下限値よりも低い場合は、二次空気の供給量を多くし、酸素濃度が上限値よりも高い場合は、二次空気の供給量を少なくする。
【００８０】
このように、硫化水素濃度の測定位置における酸素濃度を測定することで、測定位置の酸素濃度を所定の値、または所定の範囲に維持することができる。これにより、燃焼炉１２内の酸素濃度を一定以上とすることができ、失火しないように燃焼を行うことができる。また、酸素濃度を一定値以下に維持することができ、所定の還元状態を維持することができる。
【００８１】
また、酸素計測ユニット１０６として、Ｈ２Ｓ計測ユニット６４と同様の計測方法を用いることで、短時間で正確に濃度を計測することができるという、上記と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
また、上記実施形態では、酸素計測ユニットにより、硫化水素濃度の測定位置における酸素濃度を計測したが、酸素濃度の変わりに一酸化炭素（ＣＯ）濃度を計測するようにしてもよい。この場合は、上記と同様の計測方法により一酸化炭素濃度を計測すればよい。また、制御手段２８は、一酸化炭素濃度が下限値よりも低い場合は、二次空気の供給量を少なくし、一酸化炭素濃度が上限値よりも高い場合は、二次空気の供給量を多くする。また、制御手段は、硫化水素の濃度を上限の目標値以下とする制御を優先させるようにすることが好ましい。つまり、酸素濃度、一酸化炭素濃度が所定範囲からはずれている場合でも、硫化水素濃度を上限の目標値以下とする制御を優先させることが好ましい。
【００８３】
なお、上記実施形態では、装置を簡単にでき、またより適切な制御ができるため、同じ測定位置で取得した燃焼空気の濃度を計測したが、夫々の物質を異なる位置で計測するようにしてもよい。
【００８４】
また、燃焼制御装置は、燃焼炉１２内の硫化水素濃度を計測する手段を複数設けることが好ましい。以下、図８と共に、本発明の燃焼制御装置の他の実施形態について説明する。図８は、本発明の燃焼制御装置を有するボイラの他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図８に示すボイラ１２０は、燃焼制御装置１２２の構成を除いて他の構成は、図１に示すボイラ１０と同様であるので、同様の構成要素の説明は省略し、以下、ボイラ１２０に特有の点を重点的に説明する。図８に示すボイラ１２０は、燃焼炉１２と、煙道１４と、再熱器ユニット１６と、燃焼制御装置１２２とを有する。燃焼炉１２と、煙道１４と、再熱器ユニット１６は、図１に示すボイラ１０の各部と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００８５】
燃焼制御装置１２２は、燃料供給手段２０と、空気供給手段２２と、濃度計測手段（本実施形態では、「第１濃度計測手段」となる。）２４と、窒素酸化物濃度計測手段２６と、制御手段２８と、第２濃度計測手段１２４とを有する。燃料供給手段２０と、空気供給手段２２と、濃度計測手段２４と、窒素酸化物濃度計測手段２６と、制御手段２８は、図１に示す燃焼制御装置１８の各部と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００８６】
第２濃度計測手段１２４は、案内管１２６と、吸引ポンプ１２８と、Ｈ２Ｓ計測ユニット１３０とを有し、燃焼炉１２内の濃度計測手段２４の測定位置とは異なる測定位置における燃焼空気のＨ２Ｓ（硫化水素）の濃度を計測する。なお、第２濃度計測手段１２４は、配置位置以外は、（第１）濃度計測手段２４と同様の構成となる。第２濃度計測手段１２４は、燃焼空気の移動経路において、吹出口５０と吹出口５６との間、つまり、未燃燃料存在還元域に、案内管１２６の端部の開口が配置されており、未燃燃料還元域の燃焼空気の硫化水素濃度を計測する。
【００８７】
制御手段２８は、濃度計測手段２４で計測されたバーナ燃料域の測定位置の硫化水素濃度と、第２濃度計測手段１２４で計測された未燃燃料存在還元域の測定位置の硫化水素濃度とに基づいて、一次空気、二次空気の量を制御する。
【００８８】
このように、燃焼空気の移動経路における位置が異なる複数個所の検出結果に基づいて空気の供給量を制御することで、硫化水素の発生をより確実に抑制することができ、さらに、各領域における還元状態も適切に制御することができる。また、上記実施形態では、２箇所で測定を行ったが、測定位置をより多くすることで、さらに精密な計測を行うことができ、精細な制御を行うことが可能となる。
【００８９】
ここで、上記実施形態では、一次空気と二次空気の量を調整する場合で説明したが、さらに、流量制御弁毎、また可能であれば吹出口毎に流量を制御するようにすることが好ましい。つまり、本実施形態であれば、二次空気の量も流量調整弁４８と流量調整弁５４の開度をそれぞれ調整することで、未燃燃料存在還元域の中でもバーナ燃焼領域側の領域により多くの空気を供給するか、燃焼完結域側の領域により多くの空気を供給するかを制御することができる。これにより、燃焼炉内の各領域の状態をより精細に制御することができ、適切な還元状態を作り、硫化水素の発生を抑制しつつ、窒素酸化物の発生も抑制することができる。なお、制御手段は、燃焼空気の移動方向において上流側（バーナ側）から下流側（煙道側）に向かうに従って、空気（酸素）の量が多くなるように調整することが好ましい。これにより、還元状態を徐々に弱くすることができ、硫化水素、窒素酸化物の発生を抑制しつつ、燃焼を行うことができる。
【００９０】
また、本実施形態のような、ボイラに用いる場合は、大量の燃焼空気が生成され、燃焼炉の開口面積が大きくなるため、燃焼空気の移動経路において同一位置とみなせる領域の複数点（本実施形態では、鉛直方向の位置が同一で、水平方向の位置が異なる点）の硫化水素濃度を測定することが好ましい。以下、図９を用いて一例を説明する。ここで、図９は、濃度計測手段の配置の他の一例を示す断面図である。図９に示す燃焼制御装置１３２は、濃度計測手段２４と第２濃度計測手段１３４とを有する。
【００９１】
第２濃度計測手段１３４は、濃度計測手段２４と同じ構成であり、濃度計測手段２４の測定位置と、同一断面にあり、断面内における位置が濃度計測手段２４の測定位置と異なる位置を測定位置とし、その位置の硫化水素濃度を計測する。なお、この場合は、制御手段２８は、２点で測定した濃度から最高濃度、最低濃度、平均濃度等算出し、算出した濃度を燃焼空気の移動経路の測定位置における濃度として、制御を行う。なお、複数点の測定結果から硫化水素濃度を算出する方法は特に限定されず、測定結果から濃度の分布を算出して、全体の硫化水素濃度を求めるようにしてもよい。
【００９２】
このように燃焼空気の移動経路において同一位置とみなせる領域において複数点の硫化水素濃度を測定することで、燃焼室内に位置によって硫化水素濃度の偏りがあった場合、例えば、中央と端部で濃度が異なる場合も燃焼空気中の硫化水素濃度をより正確に測定することができ、より適切に供給する空気を制御することができる。
【００９３】
なお、図８及び図９に示すように複数点の濃度を計測する場合も夫々の点において複数の種類の物質の濃度を計測するようにしてもよい。例えば、硫化水素と一酸化炭素、硫化水素と酸素、以下に説明する硫化水素と一酸化窒素等の組み合わせで計測してもよい。
【００９４】
また、燃焼制御装置は、測定位置で、硫化水素濃度と一酸化窒素濃度を計測し、その計測結果に基づいて制御を行うようにしてもよい。以下、図１０と共に、本発明の燃焼制御装置の他の実施形態について説明する。
【００９５】
図１０は、本発明の燃焼制御装置を有するボイラの他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図１０に示すボイラ１４０は、燃焼制御装置１４２の構成を除いて他の構成は、図１に示すボイラ１０と同様であるので、同様の構成要素の説明は省略し、以下、ボイラ１４０に特有の点を重点的に説明する。図１０に示すボイラ１４０は、燃焼炉１２と、煙道１４と、再熱器ユニット１６と、燃焼制御装置１４２とを有する。燃焼炉１２と、煙道１４と、再熱器ユニット１６は、図１に示すボイラ１０の各部と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００９６】
燃焼制御装置１４２は、燃料供給手段２０と、空気供給手段２２と、濃度計測手段１４４と、窒素酸化物濃度計測手段２６と、制御手段２８とを有する。燃料供給手段２０と、空気供給手段２２と、窒素酸化物濃度計測手段２６と、制御手段２８は、図１に示す燃焼制御装置１８の各部と同様であるので、詳細な説明は省略する。また、濃度計測手段１４４は、案内管６０と、吸引ポンプ６２と、Ｈ２Ｓ計測ユニット６４と、ＮＯ計測ユニット１４６とを有し、燃焼炉１２内の測定位置における燃焼空気のＨ２Ｓ（硫化水素）の濃度と、ＮＯ（一酸化窒素）の濃度を計測する。ＮＯ計測ユニット１４６以外の各部は、図１に示す濃度計測手段２４と同様であるので、説明は省略する。
【００９７】
ＮＯ計測ユニット１４６は、上述したＮ２Ｓ計測ユニット６４と同様の構成であり、同様の検出方法で案内管６０を流れる燃焼空気中の一酸化窒素濃度（ＮＯ濃度）を計測する。ＮＯ計測ユニット１４６は、計測した酸素濃度信号を制御手段２８に送る。
【００９８】
制御手段２８は、濃度計測手段１４４のＨ２Ｓ計測ユニット６４から送られる燃焼空気のＨ２Ｓ濃度の計測結果に加え、ＮＯ計測ユニット１４６から送られる燃焼空気の酸素濃度の測定結果に基づいて、燃料供給手段２０から燃焼炉１２内に供給する空気（一次空気）の量、及び、空気供給手段２２からから燃焼炉１２内に供給する空気（二次空気）の量を調整する。なお、ＮＯＸ計測ユニット８６から送られる燃焼空気のＮＯＸ濃度の検出結果は、上述と同様に加味して制御しても、加味しないで制御してもよい。
【００９９】
以下、図１１を用いて、制御手段２８による制御の一例を説明する。ここで、図１１は、制御手段による空気供給量の制御方法の一例を示すフロー図である。まず、ＮＯ計測ユニット１４６で計測されたＮＯ（一酸化窒素）濃度及び濃度計測手段１４４で計測された硫化水素濃度が制御手段２８に入力されたら、制御手段２８は、ステップＳ３０として、計測されたＮＯ濃度が上限の目標値よりも大きいかを判定する。
【０１００】
制御手段２８は、ステップＳ３０で計測されたＮＯ濃度が上限の目標値よりも大きい（Ｙｅｓ）と判定したら、ステップＳ３２に進み、現状設定されている一次空気量（一次空気の供給量）を一定量低減させる。つまり、バーナ３０から噴射される空気の量を一定量少なくする。その後、制御手段２８は、ステップＳ４４に進む。
【０１０１】
また、制御手段２８は、ステップＳ３０で、計測されたＮＯ濃度が上限の目標値以下である（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ３４に進み、計測された硫化水素濃度が上限の目標値よりも大きいかを判定する。
【０１０２】
また、制御手段２８は、ステップＳ３４で、計測された硫化水素濃度が上限の目標値以下である（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ３６に進み、計測された硫化水素濃度が下限の目標値よりも小さいかを判定する。制御手段２８は、ステップＳ３６で、計測された硫化水素濃度が下限の目標値よりも小さい（Ｙｅｓ）と判定したら、ステップＳ３８に進み、現状設定されている一次空気量（一次空気の供給量）を一定量低減させる、つまり、バーナ３０から噴射される一次空気の量を一定量少なくする。その後、制御手段２８は、ステップＳ４４に進む。また、制御手段２８は、ステップＳ３６で、計測された硫化水素濃度が下限の目標値以上である（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ４４に進む。
【０１０３】
また、制御手段２８は、ステップＳ３４で計測された硫化水素濃度が上限の目標値よりも大きい（Ｙｅｓ）と判定したら、ステップＳ４０として、計測されたＮＯ濃度が下限の目標値よりも小さいかを判定する。制御手段２８は、ステップＳ４０で、ＮＯ濃度が下限の目標値よりも小さい（Ｙｅｓ）と判定したら、ステップＳ４２に進み、現状設定されている一次空気量（一次空気の供給量）を一定量増加させる。つまり、バーナ３０から噴射される空気の量を一定量多くする。その後、制御手段２８は、ステップＳ４４に進む。また、制御手段２８は、ステップＳ４０で、計測されたＮＯ濃度が下限の目標値以上である（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ４４に進む。
【０１０４】
制御手段２８は、ステップＳ４４で、ボイラが停止しているか（つまり、燃焼が停止しているか）を判定する。制御手段２８は、ステップＳ４４で、ボイラが停止していない（Ｎｏ）と判定したらステップＳ３０に進み、上述した処理を繰り返す。他方、制御手段２８は、ステップＳ４４で、ボイラが停止している（Ｙｅｓ）と判定したら処理を終了する。以上のようにして、制御手段２８は、燃焼炉１２に供給される空気の量を制御する。なお、空気の量は、流量調整弁３８、４８、５４を制御、例えば開度を調整することで変化させることができる。
【０１０５】
燃焼制御装置１４２は、以上のように、測定位置における硫化窒素濃度と一酸化窒素濃度を検出し、その検出結果に基づいて、制御を行うことで、測定位置の一酸化窒素濃度を所定の値、または所定の範囲に維持することができる。これにより、燃焼炉１２内の一酸化窒素の量を一定濃度以下とすることができ、窒素酸化物の量を少なくすることができる。
【０１０６】
また、図１１に示すフロー図のように、一酸化窒素の計測結果に基づく制御を優先させる、つまり、一酸化窒素の濃度が高いときは硫化水素の量にかかわらず、一次空気の量を低減させ、かつ、一酸化窒素の濃度が下限値以下になっていない場合は、一次空気の量を増加させないようにすることで、窒素酸化物の発生量を所定量以下に維持しつつ、硫化水素の発生も低減することができる。
【０１０７】
また、ＮＯ計測ユニット１４６として、Ｈ２Ｓ計測ユニット６４と同様の計測方法を用いることで、短時間で正確に濃度を計測することができるという、上記と同様の効果を得ることができる。なお、還元状態、かつ、高温である測定位置は、ＮＯが発生しやすい状態であるので、本実施形態のように一酸化窒素を計測することが好ましいが、二酸化窒素を計測しても、複数の窒素酸化物を計測するようにしてもよい。
【０１０８】
なお、上記実施形態では、正確かつ短時間で、また、測定対象の物質を選択的に検出できるため、ＴＤＬＡＳ法を用いて濃度を計測したが、本発明はこれに限定されず、光分析法、ＦＴＩＲ法（赤外分光法）等、種々の光を透過させて濃度を計測する計測方法の装置を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
以上のように、本発明にかかる燃焼制御装置は、物質を燃焼させる燃焼炉を適切に燃焼させるのに有用であり、特に、窒素酸化物の生成を抑制する燃焼炉の制御装置として用いることに適している。
【符号の説明】
【０１１０】
１０  ボイラ
１２  燃焼炉
１４  煙道
１６  再熱器ユニット
１８  燃焼制御装置
２０  燃料供給手段
２２  空気供給手段
２４  濃度計測手段
２６  窒素酸化物濃度計測手段
２８  制御手段
３０  バーナ
３２  配管
３４  微粉炭供給部
３６  送風機
３８、４８、５４  流量調整弁
４０  第１空気供給ユニット
４２  第２空気供給ユニット
４４  送風機
４５  主配管
４６  第１配管
５０、５６  吹出口
５２  第２配管
６０  案内管
６２  吸引ポンプ
６４  計測ユニット
６６  Ｈ２Ｓ計測手段本体
６８  発光部
７０  計測セル
７２  受光部
８０  案内管
８２  前処理部
８４  吸引ポンプ
８６  ＮＯｘ計測ユニット
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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